Calibration of a SEIRD epidemiological model to analyze COVID-19 outbreaks in Italy

For the analysis and description of the COVID-19 epidemic outbreak in Italy, in this work, we make use of a deterministic compartmental model (SEIRD) improved with a multi-city approach, accounting for the spatial mobility of people. Particular attention is given to the calibration process for the model parameters, with the aim of understanding and reproducing the past course of the contagion. Throughout this work different formulations of the calibration problem are implemented by using data provided at different geographical levels, or by making assumptions on the available data, aiming to overcome the limits related to their acquisition. Initially the window of time under analysis includes the whole period from the beginning of March to the beginning of November; subsequently the focus moves on to the study of the second epidemic outbreak, from August to November. The results of the all simulations performed, based on different calibration procedures, are compared, with particular attention given to the values assumed by the coefficients that govern the model. Moreover the results obtained from the simulations of the first and second outbreaks are compared, analyzing both the temporal trend and their spatial distribution.

Per l'analisi e la descrizione della diffusione dell' epidemia di COVID-19 in Italia, in questa tesi, utilizziamo un modello compartimentale deterministico (SEIRD) con l' aggiunta di un approccio multi-città, che tiene conto della mobilità spaziale delle persone. Un' attenzione particolare è dedicata al processo di calibrazione per i parametri del modello, con l'obiettivo di comprendere e riprodurre l'andamento passato del contagio. Nel corso di questo lavoro vengono implementate formulazioni distinte del problema di calibrazione utilizzando dati forniti a diversi livelli geografici, oppure formulando ulteriori ipotesi sui dati disponibili, al fine di superare i limiti legati alla loro acquisizione. Inizialmente la finestra temporale in analisi comprende l'intero periodo dall'inizio di Marzo all'inizio di Novembre; successivamente l'attenzione si sposta sullo studio della sola seconda ondata dell'epidemia, da Luglio a Novembre. I risultati delle simulazioni svolte, basate su diverse procedure di calibrazione, vengono messe a confronto, prestando particolare attenzione ai valori assunti dai coefficienti che governano il modello. Inoltre i risultati ottenuti dalla simulazione della prima e della seconda ondata vengono messi a confronto, osservandone sia l'andamento temporale che la distribuzione spaziale.